als je de jungles van de Chinese provincie Fujian in het begin van de 20e eeuw had trotseerd, zouden verschillende verslagen zeggen dat je een verbluffend onverwacht dier had kunnen zien: een Blauwe Tijger. Deze tijgers werden beschreven als” prachtig mooi “met lichamen” een diepe schaduw van Maltees, veranderen in bijna diep blauw aan de onderkant.”Nog in de jaren 1950, meldden jagers hun blauwe haren te spotten naast de traditionele oranje vacht van andere Zuid-Chinese tijgers op paden.
toen verdwenen de Blauwe Tijgers. De laatst gemelde waarneming was in 1953, en Blauwe Tijgers waren al snel het materiaal van legendes, met niet zozeer als een bewaard gebleven huid om te bewijzen dat ze ooit bestaan.
Het is verleidelijk om te denken dat de blauwheid van de katten te maken had met een gebrek waardoor ze niet konden concurreren met hun feloranje familie. Maar het is waarschijnlijker dat hun bizarre vachten niets te maken hadden met hun uitsterven; het was gewoon pech dat de kleur ontstond in een kleine populatie die bleef krimpen.
Dit soort toevallige evolutie is het bereik van de neutrale theorie, het historisch controversiële idee dat “survival of the fittest” niet de enige, of zelfs de meest voorkomende, manier is waarop soorten veranderen, splitsen of verdwijnen. Hoe simpel de Stelling ook klinkt, de gevolgen ervan voor genetica, evolutie, ecologie en zelfs disciplines buiten de biologie zijn enorm.
niet zo neutrale theorie
De willekeurige stijging of daling van genvarianten in een populatie staat bekend als genetische drift. Vandaag de dag wordt het geaccepteerd als een belangrijke motor van Evolutie en diversiteit, maar dat was niet altijd het geval. Tot in de jaren zestig schreven biologen over het algemeen alle variatie toe aan selectieve krachten: schadelijke eigenschappen belemmerden de reproductie van een individu, waardoor de eigenschappen na verloop van tijd zouden verdwijnen (negatieve of zuiverende selectie). Omgekeerd versterkten nuttige eigenschappen het aantal nakomelingen dat een individu had en verhoogden hun eigen prevalentie (positieve selectie) — allemaal zoals voorspeld door Charles Darwin en Alfred Russel Wallace ‘ s principe van natuurlijke selectie.
toen bleek sequencing studies op eiwitten veel meer genetische variatie binnen populaties dan verwacht. Het idee dat selectie inwerkt op al die genen tegelijk, hun effecten afweegt en uitkiest welke moeten blijven of gaan, zat niet bij sommige wetenschappers.in 1968 stelde de beroemde geneticus Motoo Kimura een alternatieve verklaring voor, die nu neutrale theorie wordt genoemd. Kimura stelde dat de meeste variatie tussen organismen noch voordelig noch nadelig is. Bijgevolg is het grootste deel van de variëteit die we zien geen product van de verborgen hand van selectie, maar eerder van geluk. “Alles wat je nodig hebt is wat input van variatie, en willekeurige krachten zullen de rest doen,” zei Armand Leroi, een evolutionair bioloog aan het Imperial College London.Kimura ‘ s neutrale theorie van moleculaire evolutie leidde tot discussie omdat het de invloed van selectie leek af te zwakken. Maar de genomicarevolutie van de late 20e eeuw en wijdverspreide DNA-sequencing bevestigden dat Kimura gelijk had; het verwisselen van een letter voor een andere in de code van een gen heeft meestal weinig effect.
sindsdien is neutrale theorie de standaardhypothese (of nulhypothese) in de genetica. “Als je wilt laten zien dat een bepaalde variant in een DNA-sequentie onder selectie valt, moet je eerst echt laten zien dat het niet alleen door neutraliteit kan worden verklaard,” zei Leroi.
(Population) Size Matters
sommigen blijven vechten tegen het idee dat neutrale krachten diversiteit op moleculair niveau aanjagen, maar Parul Johri, een populatiegeneticus aan de Arizona State University, geeft dat grotendeels door aan een misverstand over de rol van deze groep in de evolutie. “Kimura heeft nooit gezegd dat alles neutraal is,” zei ze. Waar het om gaat is hoeveel neutrale krachten de biodiversiteit hebben gevormd. Dat hangt grotendeels af van de grootte van de groep waar je naar kijkt.
stel je een populatie van 10 vogels voor: een rood, een groen en de rest bruin. Deze kleuren zijn niet schadelijk of nuttig, dus alle vogels hebben dezelfde kans om zich voort te planten. Dan doodt een tornado zes van de bruine vogels, puur toevallig. Nu is de helft van de bevolking bruin, een kwart is rood en een kwart is groen. Een toevallige gebeurtenis veroorzaakte een grote verschuiving in Diversiteit. Dat is genetische afwijking.
als er 98 bruine vogels waren geweest en dezelfde eenzame rode en groene, zou de catastrofe echter niet zoveel hebben uitgemaakt. Zelfs als de tornado nog steeds 60% van de populatie doodde, allemaal bruin, 38 bruine vogels zouden het gehaald hebben samen met de kleurrijke, wat resulteert in een populatie die nog steeds 95% bruin is. “Hoe kleiner de omvang van de bevolking, hoe groter de drift,” Johri zei.
een deel van de aantrekkingskracht van de neutrale theorie is dat het wiskundig eenvoudig is. “Veel van de theorie was gemakkelijk, “Johri uitgelegd, omdat in wezen” het is allemaal gewoon waarschijnlijkheid.”Waardoor genetici voor het eerst terug konden kijken in de geschiedenis: Door aan te nemen dat genetische veranderingen neutraal waren, konden wetenschappers de grootte van een populatie in het verleden berekenen of de leeftijd van de laatste gemeenschappelijke voorouder van een groep bepalen.
maar om dergelijke gevolgtrekkingen accuraat te laten zijn, moeten wetenschappers neutrale theorie combineren met de effecten van selectie. Dat is al een probleem sinds de late jaren 1970, merkte Johri op, omdat de wiskunde niet echt veranderd is sinds de vlaag van het werk na Kimura ‘ s voorstel, ondanks een overvloed aan nieuwe gegevens. “Het wiskundige kader-het moet blijven evolueren,” zei ze.dat is precies wat zij en haar collega ‘ s wilden doen in een paper in Genetica in Mei. Ze stelden een nieuw statistisch kader voor dat zowel neutrale theorie als zuiverende selectie bevatte, waardoor de wiskunde dichter bij de werkelijkheid kwam.
het neutrale bos voor de bomen zien
hoewel de neutrale theorie meestal wordt geaccepteerd in de populatiegenetica, blijft deze controverse veroorzaken op andere gebieden, met name de ecologie. In de traditionele ecologie, worden soorten gezien als het bezetten van unieke niches waar ze beter kunnen gedijen dan elke andere soort; hoe meer niches er zijn, hoe meer soorten er kunnen zijn. “Wiskundig gezien is het precies hetzelfde argument dat de populatiegenetici gebruikten” over genvarianten, zei Leroi.Stephen Hubbell van de Universiteit van Californië, Los Angeles, paste Kimura ‘ s framework aan op ecologie. In Hubbell ‘ s boek uit 2001, the Unified Neutral Theory of Biodiversity and Biogeography, betoogde hij dat veel soorten elke niche kunnen bezetten, en of ze het vasthouden wordt uiteindelijk gedreven door toeval. Hele ecosystemen evolueren door willekeurige “ecologische drift”, net zoals genetische drift de frequentie van eigenschappen beïnvloedde.
dat klinkt misschien on-Darwinistisch — en veel biologen vinden het provocerend. Maar neutrale theoretici nemen het standpunt in dat, Voor een individueel organisme, de soort van zijn concurrenten er niet toe doet: een roodborstje concurreert met andere roodborstjes voor wormen net zo veel als het doet met merels, en elke boom in een bos vies met de rest voor zonlicht. Als gevolg hiervan kunnen willekeurige gebeurtenissen bepalen welke soorten blijven bestaan.
in studies is deze neutrale theorie over het algemeen niet erg succesvol geweest in het voorspellen van de samenstelling van ecosystemen, maar veel ecologen blijven het nuttig vinden als een nulhypothese voor het verscherpen van hun analyses van niche-gebaseerde diversiteitsmodellen. En velen beschouwen het idee als het ene eind van een spectrum, omdat zowel selectieve als neutrale krachten altijd aan het werk zijn.
van genen naar babynamen
de verspreiding van neutrale theorie stopte niet bij ecologie. Het is gebruikt om diversiteit in alles uit te leggen, van cryptocurrencies tot baby namen, volgens Leroi, want het is een “zeer elegant” kader voor het begrijpen hoe variaties kunnen stijgen en dalen, zelfs in de afwezigheid van functionele verschillen tussen hen.
maar neutrale krachten krijgen soms ook meer krediet dan ze verdienen. In een artikel van mei in Nature Human Behaviour beschreven Leroi en zijn collega ‘ s wat zij “neutraal syndroom” noemden: de neiging om selectieve krachten als verklaringen af te wijzen simpelweg omdat een patroon in variatie verklaard kon worden door neutraliteit. Om echt te vertellen hoe belangrijk neutrale krachten zijn, zijn betere tests nodig om hun effecten te onderscheiden van selectie, argumenteerden de onderzoekers. “Mijn gevoel is dat wanneer we dergelijke tests hebben, we zullen ontdekken voor de cultuur en zeker voor de bomen in de Amazone dat, eigenlijk, neutrale krachten zijn niet zo belangrijk,” Leroi zei.
hij is niet helemaal rain on neutral theory ‘ s parade, hoewel. “Hoewel ik heb geklaagd over de uitbreiding willens en wetens naar andere dingen, het is ook een goede zaak,” erkende hij, omdat het nieuwe inzichten in gebieden als economie kan genereren.
of we het nu willen toegeven of niet, willekeurige krachten beïnvloeden altijd subtiel de wereld. De neutrale theorie biedt een raamwerk om deze krachten bekend en meetbaar te maken. Leroi vindt dat het zijn invloed moet blijven uitbreiden “totdat het een integraal onderdeel wordt van het verklaren van diversiteit waar we het ook ter wereld zien, of het nu in de supermarkt of in een tropisch regenwoud is.”
Dit artikel is herdrukt op TheAtlantic.com.